[發明專利]大氣激光雷達的探測方法及裝置

有效

• 申請號: 201910255054.5
• 申請日: 2019-04-01
• 公開（公告）號: CN109828261B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 吳濤;商景誠;楊傳音;何興道;王浩;陶俊中
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: G01S7/481
• 分類號: G01S7/481;G01S17/95
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所 36122
• 代理人: 許艷

1.一種大氣激光雷達的探測方法，其特征在于，采用種子注入式脈沖激光器的種子光束經倍頻后通過塞曼效應產生頻率對稱的雙邊頻光束，雙邊頻光束與大氣激光雷達探測到的后向180^o散射信號在探測器中混頻進行外差探測，獲得對應頻率處散射信號的頻譜點，根據塞曼效應譜線裂距與磁場強度間的線性關系，調節塞曼效應發生裝置中磁場的大小，改變雙邊頻光束的頻率間隔并再次與對應頻率處的散射信號混頻進行外差探測，實現整個頻譜的對稱式掃描，最終獲得散射信號的整個光譜線型，進而得到大氣特性參數。

2.根據權利要求1所述的大氣激光雷達的探測方法，其特征在于，所述塞曼效應所產生的譜線裂距與磁場強度H間的線性關系，表達式為：

；

式中：e為電子電荷，m為電子質量，c為真空光速；通過改變磁場變化步長調節譜線裂距變化的大小，提高探測光譜的分辨率；同時塞曼效應產生相對于初始入射到塞曼效應發生裝置中激光頻率對稱分布的雙邊頻譜線，當磁場改變時實現對信號光譜的對稱式同步鑒頻掃描。

3.一種如權利要求1所述的大氣激光雷達的探測方法，其特征在于，適用于測風激光雷達、測溫激光雷達或測量氣溶膠激光雷達的探測。

4.一種應用于權利要求1所述的大氣激光雷達探測方法的裝置，包括種子注入式脈沖激光器，其特征在于，所述種子注入式脈沖激光器（35）與高精度延時裝置（30）相連，其輸出的脈沖光束依次經激光擴束裝置（36）、全反射平面鏡（37）進入大氣激發產生散射信號；所述種子注入式脈沖激光器（35）的種子光束被第二平面分光鏡（34）分光，其透射光束經光束變換裝置（31）進入塞曼效應發生裝置（26）；所述第二平面分光鏡（34）的反射光束進入波長計（33），波長計（33）與第一數據采集卡（32）相連；種子注入式脈沖激光器（35），用于產生激發散射信號的脈沖光束和產生塞曼效應的種子光束；塞曼效應發生裝置（26），用于產生作為參考光束的兩道分裂光束；

所述塞曼效應發生裝置（26）通過偏振分光/控制裝置（27）分別出射兩道光束，其中一道光束依次經過全反射平面鏡（29）與光合束鏡（23）反射，再透過依次設置的凸透鏡（22）、小孔光闌（21）、凸透鏡（20）和凸透鏡（19）聚焦到第二探測器（18）；所述塞曼效應發生裝置（26）出射的另一道光束依次經過全反射平面鏡（28）與光合束鏡（7）反射，透過依次設置的凸透鏡（8）、小孔光闌（9）、凸透鏡（10）和凸透鏡（11）聚焦到第一探測器（12）；所述偏振分光/控制裝置（27），用于對所述塞曼效應發生裝置（26）出射光束偏振的控制，使經所述偏振分光/控制裝置（27）后的光束偏振態與所述散射信號偏振態一致；

所述塞曼效應發生裝置（26）經電流控制裝置（25）與計算機（15）相連；所述散射信號依次經過望遠鏡系統（1）、小孔光闌（2）和凸透鏡（3），再經過全反射平面鏡（4）反射透過窄帶濾光片（5）被第一平面分光鏡（24）分成透射光束和反射光束，該透射光束依次經光合束鏡（23）、凸透鏡（22）、小孔光闌（21）、凸透鏡（20）和凸透鏡（19）聚焦到第二探測器（18）；該反射光束經全反射平面鏡（6）反射后再依次透過光合束鏡（7）、凸透鏡（8）、小孔光闌（9）、凸透鏡（10）、凸透鏡（11）聚焦到第一探測器（12）；

所述第二探測器（18）經第一帶通濾波器（17）和第二數據采集卡（16）與計算機（15）連接；所述第一探測器（12）經第二帶通濾波器（13）和第三數據采集卡（14）與計算機（15）連接；所述第一數據采集卡（32）、第二數據采集卡（16）和第三數據采集卡（14）的數據采集時間均由高精度延時裝置（30）控制。